كانت البطاريات ذات يوم أشياء ثقيلة ومربكة تنتج طاقة منخفضة بشكل يبعث على السخرية بالنسبة لحجمها ووزنها. لحسن الحظ ، تحسنت التكنولوجيا بمرور الوقت ، وفي عام 2020 ، لدينا بطاريات ليثيوم بوليمر عالية الطاقة توفر قدرًا كبيرًا من الطاقة التي يحتاجها مشروعك المحمول. ومع ذلك ، هناك بعض الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار عند استخدامها - لذلك أقترح عليك قراءة دليل المبتدئين حول كيفية استخدام LiPo بشكل صحيح في مشروعك.
هناك العديد من الأنواع!
دخلت أول بطاريات الليثيوم أيون التجارية إلى السوق في عام 1991 ، وعلى مدار الثلاثين عامًا الماضية ، شهدنا تقدمًا سريعًا. نتيجة لذلك ، لدينا العديد من التقنيات وأنواع البطاريات المختلفة ، مقسمة حسب نوع البناء والمواد المستخدمة. من أجل التعامل مع البطاريات بشكل صحيح ، من المهم معرفة النوع الذي حصلت عليه ، ومن المهم جدًا الانتباه إلى ذلك.
خلايا ليثيوم أيون 18650 من كمبيوتر محمول. عادةً ما يتم لحام مجموعات مثل هذه بشرائط النيكل.
عادةً ما تسمى بطاريات الليثيوم أيون أو بطاريات الليثيوم أيون بالتكنولوجيا الكاملة لبطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن ككل ، ومع ذلك ، غالبًا ما يكون هذا هو اسم الخلايا التقليدية ذات الجسم المعدني الأسطواني. أحد الخيارات هو 18650 الذي يحظى باحترام كبير ، ولكن هناك العديد من الخيارات والأحجام. جعلتها هياكلها القوية شائعة الاستخدام في المركبات ، لأنها تعاني من ضغوط جسدية كبيرة.
يشير Lithium Polymer أو Li-Po إلى بطاريات أيونات الليثيوم التي تستخدم إلكتروليت بوليمر بدلاً من السائل. بفضل هذا ، يمكن صنعها على شكل حاويات بأشكال مختلفة. هذه المرونة تجعلها مفيدة للتطبيقات مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية التي تتطلب سعة بطارية كبيرة وشكلًا مسطحًا. غالبًا ما تُستخدم أيضًا في النماذج التي يتم التحكم فيها عن بُعد ، نظرًا لأن وزنها المنخفض يعطي ميزة كبيرة للمركبات الطائرة.
بطاريات الليثيوم بوليمر المعبأة للاستخدام في الطرز التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو.
بطاريات الليثيوم ذات الجهد العالي ، أو بطاريات الليثيوم ذات الجهد العالي ، هي بطاريات ليثيوم بوليمر تستخدم مادة مضافة خاصة من السيليكون والجرافين على الطرف الموجب ، مما يمنع تلفها بسبب الجهد العالي. إذا قمت بشحن معظم بطاريات الليثيوم بجهد أعلى من 4.2 فولت ، فستفقد سعتها بشكل كبير ، وستنخفض مدة خدمتها بشكل ملحوظ. باستخدام هذه المادة المضافة ، يمكن شحن الخلايا حتى 4.32 فولت دون مثل هذه النتائج السلبية. تؤدي زيادة الجهد إلى زيادة بنسبة 10٪ في كثافة الطاقة مقارنةً ببطاريات الليثيوم بوليمر التقليدية.
بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم ، أو LiFePO 4، استخدم كيمياء معدلة قليلاً ، حتى يتمكنوا من تحمل المزيد من دورات الشحن / التفريغ على حساب سعة طاقة أقل قليلاً. إنها تعمل بشكل أفضل في النطاق 3.0V إلى 3.65V ، بدلاً من النطاق 3.0-4.2 النموذجي لكيمياء أيونات الليثيوم القياسية. هذا ومنحنى التفريغ المسطح للغاية يجعلها مثالية لاستبدال بطاريات الرصاص 12 فولت في كثير من الحالات ، وبدلاً من الخلايا الست الأصلية ، يتم استخدام أربع خلايا. عادة ما تكون أكثر استقرارًا وأقل عرضة للتفريغ الذاتي وفقدان القدرة بمرور الوقت.
احترم الحدود
يمكن أن يؤدي الخطأ إلى نتائج غير سارة
بالمقارنة مع معظم أنواع البطاريات ، فإن خلايا الليثيوم لا تتسامح مع سوء الاستخدام. يؤدي التفريغ دون الحد الأدنى إلى تكوين تشعبات نحاسية ، مما يؤدي إلى انخفاض سعتها ويمكن أن تحدث دائرة كهربائية قصيرة. يمكن أن يؤدي الشحن الزائد إلى إتلاف القطب الموجب بواسطة رواسب الليثيوم ، والتي يمكن أن تشكل تشعبات الليثيوم ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى حدوث دائرة كهربائية قصيرة أو تفاعل مستدام ذاتيًا لتوليد الحرارة - تبدأ البطارية في الدخان والحرق. أيضًا ، يحتاج كل عنصر في المجموعة إلى الحفاظ عليه عند نفس مستوى الجهد مثل جميع العناصر المجاورة له حتى لا تتحلل العناصر بسرعة كبيرة.
من المهم عدم شحن خلايا الليثيوم بسرعة كبيرة. تؤثر درجة الحرارة المحيطة أيضًا بشكل كبير على أداء البطارية. لا تحب بطاريات الليثيوم درجات الحرارة المتجمدة ، خاصة عندما تكون مشحونة بالكامل. لا يمكن شحنها في درجات حرارة متجمدة. لأن معدن الليثيوم يمكن أن يترسب على القطب السالب ، مما قد يؤدي إلى تلف الخلية أو التسبب في حدوث ماس كهربائي. من حيث المبدأ ، يمكن شحنها حتى -5 درجة مئوية ، ولكن يجب أن يتم ذلك ببطء شديد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتلف البطاريات إذا تم شحنها في درجات حرارة أعلى من 45 درجة مئوية.
إذا تجاوزت الحدود المحددة ، فسوف تقتل البطارية في أفضل الأحوال ، وفي أسوأ الأحوال ستشتعل فيها النيران وتنفجر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه العناصر عرضة للتورم وتطور الغاز ولا يبدو بشكل عام مناسبًا للعمل معها. قد يبدو أنه من الصعب للغاية التعامل معهم. لحسن الحظ ، تعلمت الإلكترونيات الحديثة التعامل مع مشاكلها. ستضمن المعدات والاحتياطات الصحيحة إمكانية استخدام بطاريات الليثيوم بأمان وكفاءة. ومع ذلك ، يجب على كل من يعمل معهم فهم المخاطر المحتملة. نشر بوب بادلي مقالة ممتازة حول هذا الموضوع في نوفمبر الماضي .
العمل بالبطاريات
في حالة استخدام الخلايا الفردية أو مجموعاتها ، على سبيل المثال ، عند استخدام بطاريات LiPo في الطرز التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو ، يكفي فقط استخدام شاحن خاص لبطاريات الليثيوم. عند الشحن ، تحتاج إلى توصيل الأسلاك للتحقق من التوازن [تسمح لك بقياس الجهد على كل عنصر على حدة / تقريبًا. ترجمة.] ، خاصة إذا كانت البطارية فارغة تمامًا. يمكن تحقيق أفضل أداء للبطارية باستخدام أجهزة الشحن الذكية (خاصة مع LiFePO 4 وخلايا الجهد العالي). تأكد من أن لديك طريقة لإيقاف استنزاف البطارية إذا انخفض الجهد بشكل كبير - سواء كان ذلك ضوء تحذير أو صوتًا أو مجرد إيقاف تشغيل تلقائي.
هذه الوحدات رائعة لدمج بطاريات الليثيوم في نموذج أولي.إذا
كان جهازك يتطلب بطارية متكاملة ، فإن الحماية الخاصة ولوحات الشحن مناسبة لك. توجد وحدات جاهزة ودوائر متكاملة تسمح لك بمراقبة تشغيل بطاريات الليثيوم أيون بسهولة. من حيث المبدأ ، هناك الكثير منها - من تلك التي تكسر الدائرة ببساطة عند انخفاض الجهد ، إلى الحلول المعقدة للشحن والحماية. تبيع شركات مثل Adafruit وحدات رائعة لهواة الإلكترونيات المبتدئين الذين يتطلعون إلى دمج حل مناسب لشحن البطاريات ومراقبتها دون الحاجة إلى تصميم اللوحات بأنفسهم. ومع ذلك ، هناك حلول مفتوحة المصدر سيكون من السهل دمجها في اللوحة الخاصة بك في المستقبل.
(BMS) 12 , 60 .
بالنسبة للمشاريع الكبيرة ذات البطاريات ذاتية التجميع ، فإن أنظمة إدارة البطارية (BMS) مناسبة تمامًا. لا تختلف BMS كثيرًا عن شريحة الأمان ، فهي مصممة ببساطة لمهام أكبر. يشيع استخدام BMS للبطاريات التي تحتوي على اثنتي عشرة خلية أو أكثر وغالبًا ما تستخدم في مشاريع مثل الدراجات الإلكترونية والمركبات الأخرى. يتم لحام BMS مباشرة بالبطاريات ، ويتم توصيلها بكل خلية على حدة [بمجموعة من الخلايا متصلة بالتوازي / تقريبًا. ترجمة.]. وتتمثل مهمتها في تحقيق التوازن بين العناصر ، والحد من تيار التفريغ للسلامة ، والتحكم في عملية الشحن. غالبًا ما تدمج مجمعات البطاريات ذات الخبرة نظام BMS في جسم أو غلاف البطارية نفسها ، تاركة فقط الموصل بالخارج. يتيح ذلك للمستخدم ببساطة إضافة البطارية النهائية إلى مشروعه ،دون القلق بشأن الحماية.
إذا كان مشروعك يحتاج إلى مقاومة بيئية خاصة ، فستحتاج أيضًا إلى مراقبة درجة حرارة البطارية. يعد تتبع درجة حرارة الخلايا ، خاصة أثناء الشحن ، طريقة رائعة لحماية البطارية من التلف. أفضل الرقائق و BMS لها وظيفة تتبع درجة الحرارة. في هذا المستوى من التجميع ، ستقوم بالفعل بتصنيع البطارية بنفسك ، وإدخال المزدوجات الحرارية في الأماكن الصحيحة أثناء التجميع. بالنسبة للبطاريات التي تنتج تيارات عالية ، يجب مراقبة درجات الحرارة دون فشل. تحتوي جميع الدراجات الإلكترونية والمركبات الكهربائية تقريبًا على معدات لمراقبة درجة حرارة البطاريات وأنظمة التحكم.
النتيجة
يمكن أن تكون بطاريات الليثيوم أيون خطيرة ، ولكن عند استخدامها بشكل صحيح ، فهي آمنة بما يكفي لمعظم المشاريع. المفتاح هو استخدام المعدات المناسبة للتأكد من بقائك ضمن نطاقات الجهد ودرجة الحرارة ، وإلا فقد تحدث كارثة. آمل أن يساعدك هذا الدليل في البحث عن معلومات حول تضمين بطاريات الليثيوم في مشروعك.
أنظر أيضا: